应用光学第十八章

1、苏州大学现代光学所 苏州市十梓街1号，215006 * 马 韬 第十八章 几种特殊光学系统 应用光学应用光学 2 目录目录 概述 设计依据 方案设计 目标影像生成与输出单元 光学传递与转换单元 机械安装平台与调整机构 组件设计 指标符合分析 结论 1 2 3 4 5 6 18.118.1光电接收器的主要特点光电接收器的主要特点 1.1.非成像光电接收器非成像光电接收器 光电管和光电倍增管 光敏电阻 光电二极管和光电三极管 PN结雪崩光电二极管（APD） 2.2.成像光电接收器成像光电接收器 （1 1）光导摄像管）光导摄像管 现用于彩色电视机的多是氧化铅摄像管，为一密封的真空器件， 端部是一块透

2、光玻璃平板内表面涂有透明的导电层作为信号电极 其上有一薄层电导材料，称为靶面 管子的另一端装有电子枪，发出电子束在管外偏转线圈的作用下对靶面进行扫描 光导摄像管结构示意图光导摄像管结构示意图 光导摄像管光导摄像管 当靶背面不受光照时，由于电子束的扫描，靶面背面保持与阴极电位相同 当光入射到靶面上某一点时，就在该点产生载流子，在靶面两边电位差的作用下，电子移 向信号电极，空穴移向靶面背面，从而使靶面两边电位差降低 入射光越强，靶面背面的电位升的越高，即在靶面背面形成与光强分布相应的电 位分布，即电子潜像 光电子束扫到某点时，靶上的电荷数与该点相对于阴极的电位高低成比例，则将产生与各 点光强相应的

3、脉冲信号输出 光电导摄像管的优点：有储能或积分性质，即在给定点上，靶面两边的电位差是电子束连 续两次扫描该点的时间间隔内撞击到该点上光子数的函数 主要特性：光谱响应、调制传递函数（MTF）、光电特性、暗电流、靶面均匀性和寿命 红外变像管红外变像管 （2）红外变像管）红外变像管 变像管是一种将不可见的辐射图像转变为可见图像的器件，现有X光、紫外光和 红外光的变像管 静电式红外变像管：静电式红外变像管： 阴极：阴极：半透明银氧铯薄膜 响应峰值波长：响应峰值波长：0.85m 截止波长：截止波长：1.3m 离开阴极的光电子形成景物电子像，它经过电子光学系统静电聚焦成像于管子的 另一端的荧光屏上 红外变

4、像管结构示意图红外变像管结构示意图 微通道板（微通道板（MCPMCP） （3）像增强管：）像增强管：由变像管加上倍增系统组成，能接受微弱的光辐射 （4）微通道板）微通道板 1958年G.W.Goodrich和W.C.Wiley利用二次电子发射现象做成第一只长度等于40倍直径，具 有高阻抗的玻璃管，管内壁涂有二次电子发射的材料 把这种通道型倍增管排列成阵列就是微通道板（MCP），可以用来探测粒子图像 MCP的增益取决于：的增益取决于： 二次电子产生的次数 入射电子的能量 表面的二次电子发射的性质 二次电子发射次数取决于：二次电子发射次数取决于：通道的长度与直接之比（l/d）和所加电压 微通道板（

5、微通道板（MCPMCP）的主要特性）的主要特性 分辨率 对于六角形阵列，相邻管中心距为D（以m表示） 分辨率极限为： 最佳方向的分辨率值：1000/D周/厘米 MCP的成像质量可以MTF描述 电流传递特性 右图是1000v的微通道板的输入电流和输出电流关系 曲线，该板的阻抗是109，有1A左右的稳定电流 噪声因子 微通道板提供一定量信息所需的输入电子数与理想放大器提供同样多信息所需的输入电子数之 比，典型的微通道板的噪声因子为4 厘米周/)3/(1000D 电耦合摄像器件电耦合摄像器件 （5）电耦合摄像器件）电耦合摄像器件 固体摄像器件是继电子数扫描摄像管之后出现的一种新型摄像器件，由电耦合器

6、（CCD）组 成的电荷耦合摄像器件称为(CCID) 主要特性：主要特性： 灵敏度和光谱特性：对可见光和近红外光有很好的响应 分辨率：受阵列像元数限制 噪声：采用冷却可提高信噪比 3.热探测器热探测器 特点：特点： 对所有波长在理论上有同等的响应 响应时间长，一般是毫秒量级 热探测器 常用：热电偶和热电堆常用：热电偶和热电堆 热电偶：两种热电功率差别很大的金属构成的结，一般组合铋-银、铜-银、和铋-铋锡合金 热电堆：由几个热电偶串联组成 热电堆与热电偶相比：热电堆与热电偶相比：灵敏度提高，响应时间加长 热敏电阻：热敏电阻：是利用入射辐射的加热而引起电阻变化的热探测器 特点：特点： 可使时间常数为：150s 较牢